[发明专利]一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法

摘要

本发明公开了一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法，充分利用了高功率脉冲磁控溅射膜层光洁度、均匀度、致密度高的优点，为改善DLC涂层结合力和膜层韧性差的缺点，采用了底层和过渡层设计方法。这一独特的膜系设计和参杂工艺既保证了涂层结合力的提高，又保证了涂层沉积速率、涂层致密性和耐磨减摩性能的提高。采用本发明的方法制备的掺Cr的DLC涂层外观呈灰黑色，表面光滑致密，涂层的硬度32GPa，膜基结合力达到72N，涂层厚度为1.45μm。涂层的干摩擦系数为0.2。表明掺Cr的DLC涂层具有良好的耐磨和减摩性能。

主权项

1.一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤S1:将表面处理好的钨钴合金基体放入溅射设备腔体的转架杆上，该转架整体转动的同时，转架杆自转，以保证涂层的均匀性；步骤S2:以长柱型Cr靶作为参杂源，以长住型石墨靶作为碳元素的来源，平面Cr靶为参杂Cr元素来源，均匀分布并安装在炉体内壁上，采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；分别采用Cr层作为打底层、CrN、CrN₂、Cr+C作为梯度过渡层，高纯N₂作为过渡层反应气体，C₂H₂作为DLC层反应气体，形成Cr、CrN、CrN₂、Cr+C、α‑C：H的多层膜系涂层；步骤S3:制备工艺条件：A)等离子体洗靶：靶体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为400℃。通入200sccm的Ar到真空室，开偏压至1000V，炉体内气压为2Pa，对真空室的靶体表面进行轰击清洗，持续800s；B)等离子体清洗基体：基体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为400℃。通入200sccm的Ar到真空室，开偏压至1000V，炉体内气压为2Pa，对真空室的靶体表面进行轰击清洗，持续1940s；C)Cr底层制备：腔体温度设定400度，调节Ar通量到200sccm、腔体气压设定为2Pa，然后开启柱弧Cr靶，调整偏压到60V，HIPIMS电压为2000V，电流500A，溅射功率10Kw，打底层阶段时间设定为600秒；D)CrN过渡层制备：Cr底层制备完成后，腔体气压设定为0.5Pa，通入反应气体N₂，N₂通量设定为20sccm，Ar通量保持不变，腔体气压设定为2Pa，调整偏压到60V，HIPIMS电压为2000V，电流500A，溅射功率10Kw，在Cr底层上制备CrN过渡层，持续900s；E)CrN2过渡层制备：将N₂通量设定为20sccm，溅射时间为840s，其余参数与CrN过渡层制备参数一致；F)Cr+C过渡层制备：关闭N₂通道，启动双极脉冲电源，将功率设定为10KW，持续溅射900s，其余参数与CrN过渡层制备参数一致；G)掺Cr的DLC涂层的制备：在CrN过渡层制备完成后，关闭N₂通道，通入C₂N₂作为反应气体，C₂H₂流量控制为60sccm；该溅射阶段膜系设计为三层，每层溅射时间为900s，溅射功率分别为10Kw、7Kw、4Kw，腔体气压设定为2Pa，调整偏压到60V，HIPIMS电压为2000V，电流500A。